Développement de stratégies innovantes pour cibler la méthylation de l’ADN dans les cancers

Development of innovative strategies to target DNA methylation in cancers

• Auteur / Autrice : Alexandra Serhouni
• Direction : Marie Lopez, Jean-Yves Winum
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Ingénierie Biomoléculaire
• Date : Soutenance le 06/12/2021
• Etablissement(s) : Montpellier, Ecole nationale supérieure de chimie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Chimiques Balard (Montpellier ; 2003-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Biomolécules Max Mousseron (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Dominique Guianvarc'h
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marie Lopez, Jean-Yves Winum, Dominique Guianvarc'h, Yves Génisson, Rachid Benhida, Pierre-François Cartron
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Yves Génisson, Rachid Benhida

Mots clés

Mots clés contrôlés

Méthylome

Cancer

Épigénétique

Mots clés libres

Epigénétique

Méthylation de l'ADN

Méthyltransférase d'ADN

Inhibiteurs hybrides

Désacétylation des histones

Cancer

Epigenetics

DNA methylation

DNA methyltransferase

Hybrid inhibitors

Histone deacetylation

Cancers

Résumé

Les modifications épigénétiques telles que la méthylation de l’ADN, catalysée par les méthyltransférases d’ADN (DNMT), et l’acétylation des histones, catalysée par les désacétylases d’histones (HDAC), jouent un rôle essentiel dans la régulation de l’expression des gènes. Il est largement établi que les profils aberrants de méthylation de l’ADN et d’acétylation des histones sont associés à la formation et prolifération de tumeurs. A ce jour, seulement deux inhibiteurs de DNMT (DNMTi) ont été approuvés par la FDA pour le traitement de leucémies. Néanmoins, leur instabilité et leur manque de sélectivité à l’origine de nombreux effets secondaires limitent leur utilisation. Dans ce projet, nous nous sommes attachés à concevoir des stratégies innovantes pour cibler ces mécanismes épigénétiques dans les cancers.Pour cela, notre premier objectif a été d’identifier des DNMTi non-nucléosidiques. Notre groupe a précédemment identifié une nouvelle classe de DNMTi : les 3-halo-3-nitroflavanones. Malgré des résultats prometteurs, ces composés ont montré une stabilité modérée dans des conditions physiologiques. Dans le but de surmonter ce manque de stabilité, nous avons conçu et synthétisé de nouveaux analogues de flavonoïdes: 3-bromo-3-nitrothioflavanones et 3-halo-3-nitroazaflavanones. Ces composés ont montré des activités d’inhibition de l’ordre du micromolaire au cours d’un test enzymatique par fluorescence sur enzymes purifiées et une stabilité dans le tampon enzymatique similaire au composé de référence. Parallèlement, une nouvelle série chimique a été identifiée comme inhibiteur de DNMT présentant une activité inhibitrice sur la hDNMT3A-c purifiée et dans un modèle cellulaire de gène rapporteur prometteurs.En se basant sur ces résultats, dans une seconde partie, nous avons développé de nouveaux inhibiteurs hybrides HDAC/DNMT en utilisant des acides hydroxamiques et des benzamides comme motif inhibiteur d’HDAC. Nous avons montré que les inhibiteurs hybrides correspondant montrent des IC50 de l’ordre du micromolaire dans des lignées cellulaires leucémiques (KG1) et induisent des dommages à l’ADN.Au travers de ce projet, nous avons identifié une stratégie innovante pour cibler la méthylation de l’ADN et l’acétylation des histones avec une seule molécule. Nos résultats pourraient ouvrir la voie à la découverte de nouvelles stratégies de ciblage des mécanismes épigénétiques dans les cancers.

Epigenetic modifications, such as DNA methylation, catalyzed by DNA methyltransferases (DNMTs), or histone deacetylation, catalyzed by histone deacetylases (HDACs), play an essential role in the regulation of gene expression. It is now established that an aberrant DNA methylation and histone acetylation profiles are associated with cancer formation and proliferation. To date, only two nucleoside DNMT inhibitors (DNMTi) are FDA-approved for the treatment of leukemia. However, their instability and side-effects limit their use. In this project we aim at designing innovative strategy to target these epigenetic mechanisms in cancers.To do so our first goal was to identify non-nucleoside DNMT inhibitors. Our group previously identified a novel class of DNMT inhibitors: 3-halo-3-nitroflavanones. Despite promising results, these compounds showed moderate stability in physiological conditions. In order to overcome this lack of stability we designed and synthesized new flavonoid analogues : 3-bromo-3-nitrothioflavanones et 3-halo-3-nitroazaflavanones. These compounds showed a micromolar range inhibition activity on purified DNMT3A-c using an in-house DNA methylation fluorescence assay and a similar stability profile than reference compound in enzyme buffer.Simultaneously, we identified a new chemical scaffold as DNMT inhibitor with potent inhibitory activity against hDNMT3A-c and in a cellular gene reporter model.Based on these results, in a second part, we developed new hybrid HDAC/DNMT inhibitors using hydroxamic acid and benzamide as HDAC inhibitor moiety. We showed that corresponding hybrid inhibitors displayed micromolar IC50 in KG1 cells and induced DNA damage.Through this project, we identified an innovative strategy to target with a single molecule DNA methylation and histone acetylation. Our results could pave the way to the discovery of innovative epigenetic targeting in cancers.